风电叶片用真空灌注型环氧树脂及其复合材料性能研究

本文针对两种自制的风电叶片用真空灌注型环氧树脂体系EP-1和EP-2,研究了树脂的工艺性和力学性能,并选取单轴向和三轴向玻璃纤维织物,采用真空灌注工艺制备了复合材料层板,考察了复合材料在室温和高低温下的力学性能。结果表明,EP-2体系浸润性、流动性和韧性更好,但强度、模量和耐热温度略低;常温及-45℃下两种树脂基复合材料的力学性能相近,纤维/树脂界面粘结较强;50℃环境下,复合材料的压缩强度降低,受玻璃化转变温度偏低的影响,EP-2复合材料压缩性能降低更为明显;两种环氧树脂的工艺性和力学性能优异,与纤维匹配性好,满足风电叶片对树脂的性能要求。

一维纳米材料Cs_(0.2)WO_(3)和W18O_(49)长度与红外吸收关联性的Mie散射理论推导及实验验证

研究表明二元、三元钨基氧化物的红外吸收性能具有尺寸和形貌依赖性,但还没有普适性的物理学机理及计算方法。本工作基于Mie散射理论,推导了一维材料的长度与光吸收性能之间的关系,通过理论推导计算和实验验证,探究了纳米钨基氧化物的红外吸收性能与颗粒长度的关联性。首先,基于Mie散射理论的推演和计算,揭示了增加纳米Cs_(0.2)WO_(3)和W18O_(49)材料长度可适度提高其近红外吸收性能的规律。其次,测试了合成的不同长度Cs_(0.2)WO_(3)纳米棒和W18O_(49)纳米线的红外吸收性能,结果与理论计算及模拟相吻合。其中在2 500~20 000 nm波长范围内Cs_(0.2)WO_(3)纳米棒和W18O_(49)纳米线随长度的变化趋势不同,Cs_(0.2)WO_(3)纳米棒的红外吸收性能随长度的增加而增加,而W18O_(49)纳米线的红外吸收性能随长度的增加而减弱。Cs_(0.2)WO_(3)纳米棒和W180O9纳米线的光热效应均随长度的增加而增加,增幅分别达18.5%和12.7%,再次验证了长度效应。

石墨烯银纳米粒子复合材料的制备及表征

以无毒、绿色的葡萄糖为还原剂,在没有稳定剂、温和的液相反应条件下,同时还原氧化石墨和银氨溶液中的银氨离子,原位制备石墨烯银纳米粒子复合材料.采用X射线衍射、红外吸收光谱、拉曼光谱、扫描电镜和透射电子显微镜对所制备的石墨烯银纳米粒子复合材料进行了表征.结果表明:氧化石墨和银离子在反应过程中同时被葡萄糖还原,银纳米粒子均匀分布于石墨烯片层之间,生成的银纳米粒子中大多数存在着孪晶界,银纳米粒子的大小和分布受硝酸银用量的影响,在合适的银离子浓度下,负载在石墨烯片层上的银纳米粒子的粒径分布集中在25 nm左右;复合材料中石墨烯的拉曼信号由于银粒子的存在增强了7倍.

飞行器结构用复合材料四大核心技术及发展

先进复合材料以其轻质高强、可设计性等特点,在航空航天等领域得到了广泛的应用。本文概述了复合材料在航空航天领域用作飞行器结构的发展历程,进而从更高效、可靠及大量应用角度,重点介绍了复合材料结构设计、增强体与基体材料、复合成型工艺及性能检测评价等结构复合材料之四大方面核心技术的研究动向与发展趋势。同时展望了新一代复合材料——碳纳米管复合材料发展及其在航空航天领域的应用前景。

不同形貌镍纳米粒子-石墨烯复合材料的制备及微波吸收性能

采用原位化学还原方法制备出了两种不同形貌的镍纳米粒子-石墨烯(Ni-GNs)复合材料,并研究了形貌对复合材料电磁吸收性能的影响.制备过程中通过改变反应物的加入顺序,制备出球形和刺球形镍纳米粒子-石墨烯复合材料.利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和矢量网络分析仪(VNA)对复合材料的形貌、结构和微波吸收性能进行了表征.结果表明:刺球形镍纳米粒子-石墨烯复合材料相比于球形镍纳米粒子-石墨烯复合材料具有优异的电磁吸收性能,其原因是由于复合材料中刺球形镍纳米粒子独特的各向同性天线形貌引起的尖端放电效应.因此利用简单的原位化学还原制备不同形貌镍纳米粒子-石墨烯复合材料的方法可以作为其他复合材料制备的总体路线.

碳纤维/环氧复合材料孔隙缺陷的工艺影响因素研究

针对复合材料热压工艺建立了一套可以研究孔隙形成规律的工艺实验模拟装置,采用该装置考查了成型压力、加压点、吸胶方式、试样厚度等因素对孔隙的影响。结果表明,所建立的研究方法可以获取孔隙与工艺因素的关联规律;对于MT300/603碳纤维/环氧预浸料,成型压力的增大与加压点温度的降低都可以降低孔隙率与孔隙尺寸,但压力对于孔隙率的消除效果更明显;孔隙消除机理中的树脂流动带出气泡起主要作用,而压力的压溃和排气作用起次要作用;铺层厚度对孔隙形成有明显影响。研究结果对于热压工艺复合材料孔隙缺陷的控制提供了重要的研究手段和实验依据。

Ti-Al系金属间化合物基叠层结构材料的制备技术与组织性能特征

Ti-Al金属间化合物相与韧性Ti交替的叠层结构材料既可以保留Ti-Al金属间化合物的高温强度,又可拥有高的室温韧性,受到研究者的广泛关注。综述Ti增韧Ti-Al系金属间化合物基叠层复合材料两种制备方法,即箔箔冶金法和气相沉积法的物理冶金学过程和致密化工艺,介绍各种技术条件下叠层材料组织结构和性能特点,并对各种技术的优缺点进行阐述。最后,对该种复合材料的未来应用领域和发展趋势进行展望,通过工艺调整来制备出具有更加合适的叠层结构和优异性能的材料,依旧是近几年的研究重点。

复合材料结构几何要素与制造缺陷的关联分析

基于大量复合材料构件无损检测数据的统计结果,总结并表征了几种与制造缺陷密切关联的复合材料结构几何要素,结合统计结果和制造缺陷的形貌分析,揭示了几何要素与制造缺陷的关联规律,初步分析了缺陷的产生机制。结果表明,复合材料构件厚度过薄(<1mm)或过厚(>5mm)、变厚梯度突变以及曲率半径过小(<2mm)将增大缺陷产生的比例;厚度变化、变厚梯度和曲率半径变化均会产生分层和孔隙,变厚梯度区最易产生富脂。

碳纤维复合材料方管硅橡胶热膨胀成型工艺研究

针对碳纤维复合材料方管,设计制备了硅橡胶热膨胀工艺成型模具,并制备了碳纤维/双马树脂和碳纤维/环氧树脂复合材料方管,研究了成型过程中硅橡胶的温度变化规律,考察了方管的成型质量及其影响因素。结果表明,按照所建立的热膨胀工艺模具尺寸设计公式,可给出硅橡胶芯模的尺寸和工艺间隙;模具内腔的空气对流情况对硅橡胶的温度变化有重要影响;工艺间隙对方管成型质量有很大影响,当工艺间隙与理论计算值相符时,碳纤维/环氧树脂管件的表面和内部质量良好,厚度与设计值一致;碳纤维/双马树脂管件成型时,复合材料内部容易产生孔隙缺陷,采用真空辅助的热膨胀工艺方法,能够有效消除孔隙缺陷。

埋砂复合电沉积法制备铜基金刚石复合材料

铜基金刚石复合材料可结合铜与金刚石的优良物理性能,实现航空电子系统及其元器件轻质、高导热、低膨胀的性能要求。考察了复合电沉积工艺对复合材料金刚石质量分数和致密度的影响;通过对埋砂复合电沉积的预镀时间、上砂镀时间以及加厚镀时间等工艺参数的优化,获得金刚石分布均匀,致密度较高的铜基金刚石复合材料;并根据3种粒径金刚石的埋砂工艺参数拟合了金刚石粒径与复合电沉积工艺的关系。

NiFe_2O_4/T-ZnOw复合材料的制备及电磁波吸收性能

采用铁氧体化学镀在四角氧化锌晶须(T-ZnOw)表面包覆NiFe2O4镀层,制备了NiFe2O4/T-ZnOw复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪对镀覆前后T-ZnOw的结构、形貌等进行了表征。利用矢量网络分析仪研究了NiFe2O4/T-ZnOw复合材料的电磁波吸收性能。结果表明,化学镀覆后,在T-ZnOw表面包覆了尖晶石型NiFe2O4镀层,生成了NiFe2O4/T-ZnOw复合材料,该材料为磁损耗型材料。化学镀覆过程中T-ZnOw的装载量会影响复合材料的介电常数和磁导率,当T-ZnOw装载量为0.2g时,所制备的复合材料具有最大的介电常数、磁导率、介电损耗和磁损耗,当吸收层厚度达到3 mm时,反射率在14 GHz处达到-11 dB。

零吸胶工艺复合材料层板成型质量与预浸料特性关联分析

针对3种国外产碳纤维/环氧预浸料,测试表征了预浸料的工艺特性,并采用热压罐零吸胶工艺制备了复合材料层板,考察了工艺条件对层板厚度和内部缺陷的影响,分析了成型质量与预浸料特性之间的关联性,进一步研究了层板弯曲性能、层间剪切性能对成型质量变化的敏感性。实验结果表明,由于零吸胶工艺树脂流动受到很大限制,预浸料树脂含量不均容易造成所成型层板厚度不均、表面不平整,另外,预浸料树脂流动性小的体系在层间容易出现明显富树脂现象;零吸胶工艺夹杂空气主要在真空作用下通过铺层内的通道排出,因此预浸料气体渗透率和成型封装方式对孔隙缺陷有重要影响;实验范围内,工艺条件的改变没有显著影响所成型层板的短梁剪切性能和弯曲性能。研究结果对于预浸料选择和国产高性能预浸料的开发具有重要参考价值。

特种功能材料中的固态相变及应用

固态相变已经从传统结构材料的增强增韧延伸到新型功能材料研究领域,引发多种奇特的物理效应。目前已经形成一批基于固态相变的新型功能材料。这些新型功能材料蕴含着丰富的固态相变理论。固态相变现已成为新型功能材料设计与功能特性实现的重要手段之一。文章结合作者在固态相变及特种功能材料方面的研究工作,重点介绍高温形状记忆合金、高阻尼形状记忆合金、磁致伸缩材料和热障涂层材料中的固态相变特征及其在这些特种功能材料设计与功能实现和调控中应用的研究进展。

MXenes及MXenes复合材料的制备及其在能量存储与转换中的应用（英文）

综述了新型过渡金属碳化物和/或氮化物(MXenes)二维纳米材料的合成及其在电化学能源存储与转换中应用的研究进展,这些应用可以分为如下三类:二次电池、超级电容器以及电化学催化。由于具有二维结构、金属导电性、亲水性表面以及其它优点,MXene二维纳米材料在这些应用领域展示了良好的性能,而且还可以通过嵌入、复合、掺杂、组装等方法来进一步提高其电化学性能。本文为新型MXenes以及相关材料的开发、合成和应用提供了思路,这种新型MXenes材料可以用于能量存储与转换、电子和催化等领域。

加压时机对碳纤维增强改性双马树脂复合材料力学性能的影响

针对本实验中使用的改性双马树脂,采用DSC测试分析了树脂体系的固化工艺制度。通过树脂流变性能测试选取了100℃、110℃和120℃作为3个加压时机,研究了加压时机对改性双马树脂单向复合材料层板力学性能的影响。结果显示,随着加压温度的降低,单向复合材料的力学性能略有提高;不同力学性能对加压时机的敏感程度不同,本实验中相对于压缩性能、弯曲性能和层间剪切性能,拉伸性能对加压时机的变化更为敏感。研究结果对于进一步研究改性双马树脂的工艺特性及其碳纤维增强复合材料的力学性能提供了参考。

空气压缩机叶片断裂失效分析

采用扫描电子显微镜、能谱分析仪和金相显微镜对空气压缩机叶片的宏微观形貌、断口表面成分、金相组织及硬度进行了观察和分析。结果表明:断裂叶片的硬度低于其他叶片,导致其抗高周疲劳性能下降,在近表面夹杂物处萌生疲劳裂纹,最终发生断裂。

先进复合材料热压罐工艺成型过程压力监测技术

热压罐工艺是航空航天领域生产高性能复合材料构件最重要的方法,如工艺控制不利可能导致制件存在纤维架桥、屈曲、孔隙、分层、变形等缺陷,从而影响复合材料表面质量、力学性能以及可靠性。热压罐工艺过程压力监测技术,可为模具设计、工艺优化、缺陷形成机制分析提供有利的试验手段,提升复合材料成型制造技术水平。文中系统总结了复合材料热压罐成型工艺过程纤维、树脂、预浸料叠层承压测试方法及其适用性。

石墨烯支撑三明治结构材料的可控合成及其在能量存储与转换中的应用（英文）

综述了石墨烯支撑三明治结构材料的可控合成及其在能量存储与转换中应用的研究进展。基于不同的微观结构,石墨烯支撑三明治结构的材料主要分为如下三类:石墨烯支撑的纳米粒子(0D),石墨烯支撑的纳米棒、纳米线及纳米带(1D),石墨烯支撑的纳米片(2D)。在这些复合材料中,石墨烯与相应功能材料间本征不相容的问题不仅得到有效解决,而且石墨烯可以作为电子传输的快速通道,有利于其能量存储与转换过程。本文为石墨烯或者类石墨烯材料支撑三明治结构复合材料的设计与合成提供了思路,这种具有特定结构的材料潜在广泛应用于催化、传感器、能量存储与转换等领域。

先进复合材料热压罐成型固化仿真技术研究进展

热压罐成型工艺是航空航天领域用复合材料构件的重要制备方法之一,工艺过程涉及热和压力在多相材料体系间复杂的相互作用,并影响复合材料成型质量。在物理化学作用机理研究基础上,建立数值模拟方法可有效指导工艺、工装的设计与优化,为先进复合材料研制模式从传统的积木式验证向数字化制造模式转变提供了有力的技术支撑。综述近年先进树脂基复合材料热压罐成型工艺数值模拟方面的主要研究进展,结合国内外研究现状,对热压罐成型工艺数值模拟的发展趋势及亟需解决的问题提出了几点思考。

轨道交通用轻量化先进复合材料性能研究

轻量化是轨道交通领域可持续发展的必经之路,先进复合材料为轨道交通工具轻量化提供了重要材料基础。本文基于本课题组的研究基础,围绕轨道交通用先进复合材料的成型工艺,抗冲击性能,阻燃、隔热、保温、吸声性能等需求,阐述了复合材料低成本、高效率、多功能制备的可行性技术途径。